三相光伏并网逆变器的控制算法研究及软件实现--《电子科技大学》2011年硕士论文
三相光伏并网逆变器的控制算法研究及软件实现
【摘要】：煤、石油等常规能源的不断开采和利用,引起了人们对资源剩余储量和生态环境问题的担忧。近些年来,光伏并网发电系统的研究越来越多地受到国家和社会的重视。光伏并网逆变器是一种将太阳能电池板产生的直流电流转化为交流电流,并将电流传送到电网的设备,是光伏并网发电系统中的核心器件。针对大功率光伏并网发电系统的需求,本文研究了三相光伏并网逆变器的控制算法,并通过10kW的实验样机,验证了该控制算法的可行性。
根据三相光伏并网逆变器的工作原理,分别设计了系统的主电路拓扑结构、LCD显示模块、RS485通信模块。通过比较电压型三相PWM、电流型三相PWM电路的优缺点,确定了电压型三相PWM电路作为该系统的主电路拓扑结构。分析了光伏三相并网逆变器的并网原理,以及在并网控制过程中的并网控制算法。通过Matlab/Simulink仿真工具,对该系统进行了仿真,仿真结果表明了该控制算法的正确性。最后通过使用TI公司的DSPF2812芯片,在CCS平台下,对以上控制算法及各个模块进行了软件编程。
本文主要的工作内容如下:
(1)通过对三相光伏并网逆变器并网控制策略的分析,选择了适合本系统的MPPT算法、孤岛检测算法。
(2)阐述了SVPWM算法的数学理论依据,并结合本系统的主电路拓扑,详细推导了SVPWM算法中的坐标变换、扇区划分、开关时间的计算等具体算法。结合该具体算法,利用Matlab/Simulink仿真工具对三相光伏并网逆变器系统进行了仿真,验证了理论推导与仿真结果的一致性。
(3)根据光伏逆变器整机功能的要求,设计了该系统的软件整体构架,通过配置使用DSP/BIOS,对三相光伏并网逆变器的控制部分、通信部分和显示及设置部分进行了软件开发,具体包括采样ADC模块校准、SVPWM控制算法、LCD显示及设置、RS485通信等。
【关键词】：
【学位授予单位】：电子科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TM464【目录】：
ABSTRACT5-10
第一章 绪论10-16
1.1 光伏发电的发展背景10-11
1.2 光伏逆变器简介11-12
1.2.1 光伏逆变器的定义11-12
1.2.2 光伏逆变器分类12
1.2.3 逆变器的发展过程12
1.3 光伏逆变器的国内外发展现状12-15
1.3.1 光伏逆变器的国外发展现状12-14
1.3.2 光伏逆变器的国内发展现状14-15
1.4 本文所做的工作15-16
第二章 三相光伏并网逆变器的工作原理及控制策略分析16-29
2.1 三相光伏并网逆变器的工作原理16-23
2.1.1 三相光伏并网逆变器主电路拓扑结构的设计17-20
2.1.2 逆变器显示及设置功能的设计20-21
2.1.3 逆变器的上位机通信技术的设计21-23
2.2 三相光伏并网逆变器的控制策略分析23-28
2.2.1 三相光伏并网逆变器的并网原理23-24
2.2.2 最大功率跟踪算法分析24-26
2.2.3 孤岛检测算法分析26-28
2.3 本章小结28-29
第三章 SVPWM 算法及系统Matlab 仿真29-48
3.1 SVPWM 算法的原理及数学理论推导29-35
3.1.1 PWM 的定义、发展过程29-30
3.1.2 SVPWM 的调制原理30
3.1.3 SVPWM 算法的数学理论依据30-35
3.2 三相光伏并网逆变器的 SVPWM 算法分析35-42
3.2.1 三相光伏并网逆变器等效电路分析35-36
3.2.2 三相光伏并网逆变器的扇区划分依据36-40
3.2.3 SVPWM 算法中矢量作用时间的计算40
3.2.4 SVPWM 算法中开关占空比的计算40-42
3.3 三相光伏并网逆变系统的Matlab 仿真42-48
3.3.1 三相光伏并网逆变系统的 Simulink 建模42-46
3.3.2 三相光伏逆变系统的波形仿真46-48
第四章 三相光伏并网逆变系统的软件实现48-65
4.1 控制芯片选择及软件编程环境介绍48-52
4.1.1 TMS320 系列DSP 简介48-49
4.1.2 DSP 芯片的选择49-50
4.1.3 CCS 软件介绍及DSP/BIOS 配置设置50-52
4.2 三相光伏并网逆变器软件整体结构的设计52-56
4.2.1 三相光伏并网逆变器的软件整体构架52-54
4.2.2 三相光伏并网逆变器的工作时间分配图54-56
4.3 三相光伏并网逆变器控制系统的软件实现56-60
4.3.1 定点型 DSP 的 IQ 格式应用56-57
4.3.2 DSP 中ADC 模块的采样校准57-58
4.3.3 SVPWM 算法的DSP 实现58-59
4.3.4 PI 控制器在系统中的应用59-60
4.4 三相光伏并网逆变器通信及显示系统的软件实现60-65
4.4.1 三相光伏并网逆变器多线程任务的设计60-62
4.4.2 三相光伏并网逆变器通信及显示设置功能的软件实现62-65
第五章 实验与结果65-69
5.1 硬件平台介绍65-66
5.2 实验波形分析66-69
第六章 总结与展望69-71
6.1 总结69-70
6.2 展望70-71
参考文献72-74
攻硕期间取得的研究成果74-75
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